CN204695305U - 一种基于复合产品的spi通信接口及该复合产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于复合产品的SPI通信接口及该复合产品，复合产品包括相互连接的功能模块和动态口令模块，两模块之间通过SPI实时通信接口连接，所述SPI通信接口包括数据传输接口、时钟接口，以及复用的片选和应答接口。在复合产品内部，采用更精简的SPI通信接口连接功能模块和动态口令模块，复用片选和应答接口，节省I/O资源降低功耗。由于复合产品中功能模块在未与计算机连接时是要断电的，而动态口令模块又是电池供电，减少连接线可以减少漏流产生的功耗。另外，最为重要的是可以提高通信效率，通过复用应答接口，可实时通知功能模块和动态口令模块双方，实现高速实时通讯，减少盲目等待导致的时间损失。

Description

一种基于复合产品的SPI通信接口及该复合产品

技术领域

本实用新型涉及信息安全技术领域，特别涉及一种基于复合产品的SPI通信接口及该复合产品。

背景技术

串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)是一种高速的，全双工，同步的通信总线接口。SPI的通信原理为主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，如图1所示，需要至少4个通信接口，包括数据传输接口(MOSI-主输出/从输入、MISO-主输入/从输出)、时钟接口(CLK)和片选接口(CS)。

其中，CS接口是控制从设备是否被选中，也就是说只有CS接口的信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位)，对从设备的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI从设备成为可能。

SPI是串行通讯协议，数据是一位一位的传输的。由CLK接口提供时钟脉冲，MOSI接口和MISO接口基于此脉冲完成数据传输。主设备数据通过MOSI接口输出，在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。

要注意的是，CLK接口只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为CLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对CLK接口的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。

复合产品指的是可以实现多种功能的产品，例如，可在其内部集成包括身份认证、数字签名、访问权限控制和/或数据加解密等等不同功能的装置的产品。现有复合产品内部均采用SPI通信，但是SPI接口有一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。由此导致复合产品的通讯效率低。复合产品内部一般由功能模块的SPI通信端作为主设备，动态口令模块的SPI通信端作为从设备，因此，动态口令模块只能通过功能模块延时之后再读取，而不能主动指示数据准备完成。这样会造成读取时间滞后而效率降低。

另外，还会耗费I/O资源。由于存在过多的I/O接口，会增加复合产品内的I/O功耗。在功能模块需要断电而动态口令模块要长期在电池供电时长期工作的场景下，增加I/O接口产生的漏流会增加额外消耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于，提供一种基于复合产品的SPI通信接口，复合产品包括相互连接的功能模块和动态口令模块，两模块之间通过SPI通信接口连接，所述SPI通信接口包括数据传输接口、时钟接口，以及复用的片选和应答接口。

由上，在复合产品内部，采用更精简的SPI通信接口连接功能模块和动态口令模块，复用片选接口和应答接口，节省I/O资源，从而降低功耗。由于复合产品中通过SPI接口连接了功能模块和动态口令模块两个部分，其中功能模块在未与计算机连接时是要断电的，而动态口令模块又是电池供电，减少连接线可以减少漏流产生的功耗。另外，最为重要的是可以提高通信效率，通过复用应答接口，可实时通知功能模块和动态口令模块双方，实现高速实时通讯，减少盲目等待导致的时间损失。

相对应的，还提供一种包括上述SPI通信接口的复合产品。

可选的，所述功能模块包括：USB接口；

命令解析模块，与所述USB接口连接；

签名控制模块，与所述命令解析模块连接；

加解密算法模块，与所述签名控制模块连接；

第一SPI通信接口，与所述签名控制模块连接。

由上，功能模块可以利用加解密算法实现对用户身份的认证。

可选的，所述动态口令模块包括：

第二SPI通信接口，与所述第一SPI通信接口连接；

动态口令控制模块，与所述第二SPI通信接口连接；

唤醒模块，分别与所述第二SPI通信接口和动态口令控制模块连接；

动态口令算法模块，与所述动态口令控制模块连接；

按键模块，与所述动态口令控制模块连接；

显示模块，与所述动态口令控制模块连接。

由上，动态口令模块生成动态口令，可以有效保护交易和登录的认证安全，并且，与功能模块实现显示以及按键的共享。

可选的，还包括电源模块，所述电源模块包括相互连接的电池和电源控制模块。

由上，当复合产品与计算机连接时，由计算机作为外部电源，电源模块中的电源控制模块同时接通向功能模块的供电回路，以及向电池的供电回路。

附图说明

图1所示为现有SPI通信接口的原理示意图；

图2所示为基于SPI通信接口的复合产品内部原理示意图；

图3所示为本实用新型SPI通信接口的原理示意图；

图4所示为本实用新型SPI通信接口的通信流程示意图。

具体实施方式

为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于复合产品的SPI通信接口及该复合产品，在复合产品内部，采用更精简的SPI通信接口连接功能模块和动态口令模块，提高通信效率，且节省I/O资源。

如图2所示为本实用新型所述复合产品的原理示意图，包括相互连接的功能模块和动态口令模块(OTP，One-time Password)，还包括向上述两模块供电的电源模块。

功能模块中包括USB接口11，通过USB接口与上位机连接，用与接收签名指令或数据。

命令解析模块12，与所述USB接口11连接，用于解析出签名指令或数据。

签名控制模块13，与所述命令解析模块12连接，接收到签名命令后，控制与其连接的加解密算法模块14对签名命令进行加解密处理，并控制与其连接的第一SPI通信接口15将处理后的签名指令或数据输出至动态口令模块。

动态口令模块包括：第二SPI通信接口25，与所述第一SPI通信接口15连接。

唤醒模块26，与第二SPI通信接口25连接，用于接收第二SPI通信接口25所接收的电平，唤醒与其连接的第二SPI通信接口25和动态口令控制模块21。

动态口令控制模块21，与第二SPI通信接口25连接，用于依据所接收的签名指令或数据，控制与其连接的按键模块22执行相关的按键响应和/或显示模块23进行数据显示。

动态口令算法模块24，与所述动态口令控制模块21连接，用于依据内部算法生成动态口令，实现动态令牌功能。

当功能模块通过USB接口11与计算机连接时，由计算机作为外部电源，电源模块中的电源控制模块31同时接通向功能模块中USB接口11的供电回路，以及向电池32的供电回路(图中用虚线表示)。

当未与计算机连接时，由电源模块中的电池32进行供电。

图3所示为第一SPI通信接口15与第二SPI通信接口25的原理示意图，第一SPI通信接口15作为主设备，第二SPI通信接口25作为从设备，如图所示，包括与现有技术相同的CLK接口、MOSI接口和MISO接口。另外，还包括，复用的片选和应答接口(CS_RDY)。所述应答接口由从设备发向主设备，用于在从设备被片选以及数据处理完成后，向主设备发出应答信息。

图4所示为第一SPI通信接口15与第二SPI通信接口25之间的通信流程图，为便于本实用新型的理解，详述如下：

A、第一、第二SPI通信接口初始化。

第一SPI通信接口15置CS_RDY_M接口为输出且输出高电平，这个高电平用来控制唤醒模块26唤醒动态口令控制模块21以及第二SPI通信接25。第二SPI通信接口25被唤醒，置CS_RDY_S接口为输入。

B、第一、第二SPI通信接口进行同步。

第一SPI通信接口15的CS_RDY_M接口设置延时，延时长度要满足第二SPI通信接口25的时钟运行到准备接收数据的位置。延时是为了协调第一、第二SPI通信接口收发时序，确保双方在每个状态指示完成后同步收发数据。反之收发不同步导致数据的丢失。本实例中，延时设为100微秒。

C、第一SPI通信接口15向第二SPI通信接口25发送数据。

第一SPI通信接口15设置CS_RDY_M接口输出低电平以通知第二SPI通信接口25即将发送数据，然后通过MOSI接口向第二SPI通信接口25发送数据，发送完数据后设置CS_RDY_M接口为输入，以检测“第二SPI通信接口25是否准备好返回数据”。

第二SPI通信接口25启动数据接收，接收完数据之后设置CS_RDY_S接口为输出且输出低电平，通知第一SPI通信接口15“返回数据没有准备好”。

D、第二SPI通信接口25处理接收到的数据。包括解析所接收到的数据，并配置返回的数据。

E、第二SPI通信接口25准备好返回数据后，置CS_RDY_S接口为输出且输出高电平。通知第一SPI通信接口15“已经准备好返回数据，可以启动读”。

F、第一SPI通信接口15设置CS_RDY_M接口为输出且输出高电平，以启动读取。

G、第一SPI通信接口15的CS_RDY_M接口设置延时以保证收发数据的同步。

H、第二SPI通信接口25通过MISO接口向第一SPI通信接口15发送数据，等到数据发送完成设置CS_RDY_S接口为输入。一次通讯完成。

I、第一SPI通信接口15通过读取数据帧的起始位和结束位判断数据是否发送完成。没有发送完成时继续执行步骤B启动第二次通讯。如果完成则退出。

本实用新型通过复用片选接口(CS)和应答接口(RDY)，可以减少一根I/O连接线，从而降低功耗。由于复合产品中通过SPI接口连接了功能模块和动态口令模块两个部分，其中功能模块在未与计算机连接时是要断电的，而动态口令模块又是电池供电，减少连接线可以减少漏流产生的功耗。另外，最为重要的是可以提高通信效率，通过复用应答接口，可实时通知功能模块和动态口令模块双方，实现高速实时通讯，减少盲目等待导致的时间损失。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于复合产品的SPI通信接口，其特征在于，复合产品包括相互连接的功能模块和动态口令模块，两模块之间通过SPI通信接口连接，所述SPI通信接口包括数据传输接口、时钟接口，以及复用的片选和应答接口。

2.一种包括权利要求1所述SPI通信接口的复合产品，其特征在于，复合产品包括相互连接的功能模块和动态口令模块。

3.根据权利要求2所述的复合产品，其特征在于，所述功能模块包括：

USB接口；

命令解析模块，与所述USB接口连接；

签名控制模块，与所述命令解析模块连接；

加解密算法模块，与所述签名控制模块连接；

第一SPI通信接口，与所述签名控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的复合产品，其特征在于，所述动态口令模块包括：

第二SPI通信接口，与所述第一SPI通信接口连接；

动态口令控制模块，与所述第二SPI通信接口连接；

唤醒模块，分别与所述第二SPI通信接口和动态口令控制模块连接；

动态口令算法模块，与所述动态口令控制模块连接；

按键模块，与所述动态口令控制模块连接；

显示模块，与所述动态口令控制模块连接。

5.根据权利要求2所述的复合产品，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括相互连接的电池和电源控制模块。